Druckregler für Gase

Abstract

 Meßtechnische Anforderungen im Bereich der Umwelt-­Messungen erfordern von Druckreglern einen erhöhten Aufwand für die Druckkonstanz. Diese Forderungen waren nur durch den Zusammenbau von mehreren Komponenten zu erfüllen. Gemäß der Erfindung wird ein Druckregler (41) vorgeschlagen, bei dem in einem Gehäusegrundkörper (1) zwei Druckstufen (43), ein Abblaseventil und ein Sicherheitsventil (42) integriert sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Druckregler für Gase mit einem Gehäusegrundkörper, in welchem eine erste Druckstufe über Eck zu einem Ventil angeordnet und über einen Verbindungskanal mit diesem verbunden ist und die erste Druckstufe mit einem Gaseingangskanal und das Ventil mit einem Gasausgangskanal in Verbindung steht.

[0002] In der Analysemeßtechnik, insbesondere bei Umweltschutzmessungen in Emissionsmeßanlagen wird die zu analysierende Luftprobe vor Ort gemessen und in einer hierzu vorgesehenen Einrichtung analysiert (Druckschrift: Mannesmann Illustrierte, 7-8/86, Mannesmann-Techniken für den Umweltschutz (5), "Keine Schlupflöcher für Emissionen").

[0003] In einer Emissionsmeßanlage werden in unregelmäßigen und teilweise großen Zeitabständen die Analysen der Luftzusammensetzungen automatisch durchgeführt. Dabei muß vor jeder Messung das Meßgerät kalibriert werden Hierzu wird aus einer Gasflasche das jeweilige Eich- ­bzw. Prüfgas entnommen und über einen Druckregler dem Meßgerät zugeleitet. Der Druckregler arbeitet in der Regel nur einmal täglich und steht während des restlichen Zeitraums ständig unter Druck. Während dieser Zeit darf kein unzulässig hoher Druckanstieg bzw. Druckabfall erfolgen, da hierdurch das Meßergebnis verfälscht bzw. eine Messung verhindert wird. Druckregler die lange Zeit unter Druck stehen sind in der steuerbaren Druckstufe nicht absolut dicht. Dies ist insbesondere bei den großen Druckdifferenzen zwischen dem Eich- bzw. Prüfgasdruck von 200 bar innerhalb der Gasflasche und dem Meßdruck von 0,2 bis 0,4 bar hinter dem Druckregler der Fall. Allein durch die Permeation der Ventilkegeldichtung können unzulässig hohe Drücke in dem dem Ventilkegel nachgeschalteten Raum entstehen. Aus den oben geschilderten Gründen ist es erforderlich, die Drücke der ersten und zweiten Druckstufe des Druckreglers genau abzusichern.

[0004] Hierzu ist es bekannt, die erste Druckstufe eines Druckreglers über Leitungen und Fittings mit einem Abblaseventil und die zweite Druckstufe über Verbindungsmittel mit einem Sicherheitsventil zu verbinden.

[0005] Aus der Druckschrift "DruVa gibt der Prozeßgasversorgung im High-Tech-Bereich neue Perspektiven", Seite 6 und Seite 7, ist ein Druckregler für Reinstgase bekannt, welcher über Verbindungsmittel an Sicherheitseinrichtungen angeschlossen ist.

[0006] Aus der gattungsgemäßen EP 0200543A2 ist es bekannt, eine steuerbare erste Druckstufe über Eck mit einem Verschlußventil zu verbinden. Weiterhin ist der Eingang dieses Flaschendruckreglers über einen Verbindungskanal mit einer in das Gehäuse eingeschraubten Sicherheitsvorrichtung verbunden, die im wesentlichen aus einer Berstscheibe besteht.

[0007] Nachteilig bei diesen Druckreglern ist die Vielzahl der Verschraubungen. Durch diese Verschraubungen erhöht sich eines Teils der Montage- und Herstellungsaufwand beträchtlich, andererseits werden durch die zusätzlichen Dichtungsstellen einerseits die Permeation erhöht und andererseits das Auftreten von Störpartikeln im Gasstrom begünstigt.

[0008] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile zu vermeiden und einen kostengünstigen kompakten Druckregler zu schaffen, bei dem die Vielzahl der Verbindungselemente vermindert sind.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Ventil als zweite Druckstufe ausgebildet und mit einem Einstellelement verbunden ist, die erste Druckstufe mit einem innerhalb des Gehäusegrundkörpers angeordneten Abblaseventil und die zweite Druckstufe mit einem innerhalb des Gehäusegrundkörpers angeordneten Sicherheitsventil in Verbindung steht und das Sicherheits- und Abblaseventil mit in dem Gehäusegrundkörper vorgesehenen Gasaustrittskanälen verbunden sind.

[0010] Durch die Anordnung der ersten und zweiten Druckstufe sowie des Sicherheitsventils in einer gemeinsamen horizontalen Ebene, in der der ersten Druckstufe gegenüberliegend das Sicherheitsventil und der zweiten Druckstufe gegenüberliegend der Gaseingangskanal angeordnet ist, wobei unterhalb des Gaseingangskanals das in seiner Baugröße kleinere Abblaseventil auf einer zu der horizontalen Ebene parallelen Ebene angeordnet ist, wird vorteilhaft ein besonders kompakter Aufbau des Druckreglers mit kleinen Abmessungen des Gehäusegrundkörpers erreicht. Hinzu kommt, daß in der die horizontale Ebene durchdringenden vertikalen Ebene des Gehäusegrundkörpers einerseits jeweils die Manometer angeordnet werden können und andererseits der Gasausgangskanal der zweiten Druckstufe und die Gasausgangskanäle des Sicherheits- und Abblaseventils in eine gemeinsame Seite des Gehäusegrundkörpers münden. Diese Seite ist vorzugsweise die "Unterseite" d. h. die in Richtung des Bodens weisende Seite des Druckreglers. Durch die nach unten gerichteten Gasausgangskanäle, die im Regelfall über Schlauchverbindungen mit Gasführungsschläuchen verbunden sind, kommt es im Schadensfall - beispielsweise beim Abriß des Schlauches von der Schlauchtülle - nicht zur Verletzung von Bedienungspersonen. Dies ist insbesondere beim Einsatz des Druckreglers an Gasflaschen mit stark ätzenden oder giftigen Gasen vorteilhaft.

[0011] Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß statt einer Vielzahl von unterschiedlichen Verbindungselementen und Gehäusegrundkörpern für die einzelnen Komponenten nur jeweils ein Gehäusegrundkörper gefertigt und montiert werden muß. Hinzu kommt, daß durch die Verringerung der Verbindungsstellen die gegenüber der Atmopsphäre abzudichtenden Übergänge verringert sind. Der Druckregler weist eine kleine Baugröße auf, die insbesondere in Verbindung mit den in Schränken angeordneten Eich- bzw. Prüfgasflaschen einer Emissionsmeßanlage vorteilhaft ist. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0012] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

[0013] Es zeigen:

Fig. 1 einen Vollschnitt entlang der ersten Druckstufe und dem Sicherheitsventil durch den Druckregler nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Vollschnitt durch die zweite Druckstufe, den Gaseingangskanal und das Abblaseventil;

Fig. 3 eine Vorderansicht des Druckreglers.

[0014] Fig. 1 zeigt den Druckregler 41, der im wesentlichen aus dem Gehäusegrundkörper 1 besteht, in welchem die erste Druckstufe 43 und dieser gegenüberliegend das Sicherheitsventil 42 angeordnet ist. Zu der ersten Druckstufe 43 und dem Sicherheitsventil 42 ist über Eck in einer gemeinsamen horizontalen Ebene die zweite Druckstufe 44 und dieser gegenüberliegend der Gaseingangskanal 45 (Fig. 2) angeordnet. Unterhalb des Gaseingangskanals 45 ist das Abblaseventil 46 auf einer zur horizontalen Ebene parallelen Ebene angeordnet.

[0015] In den Gaseingangskanal 45 ist ein Anschlußstutzen 38 mit einer Überwurfmutter 39 für den Anschluß an eine nicht näher dargestellte Gasflasche eingeschraubt. An der Stirnkante des Anschlußstutzens 38 ist eine Dichtung 40 vorgesehen, die die Verbindungsstelle des Anschlußstutzens 38 mit dem Gasflaschenanschluß gegenüber der Atmosphäre abdichtet. Über eine Zentralbohrung 47 steht der Anschlußstutzen 38 mit dem Gaseingangskanal 45 in Verbindung. Innerhalb der Zentralbohrung 47 ist eine Siebschraube 21 mit einer Siebhülse 22 angeordnet.

[0016] Über einen zu dem Gaseingangskanal 45 senkrecht verlaufenden Verbindungskanal 48 gelangt das Prüf- bzw. Eichgas in den Vordruckbereich 49 (Fig. 1) der ersten Druckstufe 43. Der Vordruckbereich 49 ist über eine Zuleitung 50 mit einem ersten Manometer 9 verbunden. Vorteilhaft ist das Manometer 9 als Kontaktmanometer ausgebildet. Die Verbindungsstelle zwischen Manometer 9 und Zuleitung 50 ist mit einer Dichtung 10 gegenüber der Atmosphäre abgedichtet.

[0017] Zwischen dem Vordruckbereich 49 und dem Zwischendruckbereich 51 ist ein Ventilsitz 7 angeordnet. Der Ventilsitz 7 weist mit einem Ventilstift 5 verschließbare Gaszwischendruck-Durchtrittsöffnungen 52 auf. Hierzu steht der Ventilstift 7 im Zwischendruckbereich 51 mit einer Kolbenstufe 3 in Verbindung. Zwischen der Oberfläche der Kolbenstufe 3 und einer in den Gehäusegrundkörper 1 eingeschraubten Druckschraube 2 ist eine Stellfeder 4 angeordnet. Über Dichtringe 6 und 8 ist die erste Druckstufe 43 gegenüber der Atmosphäre abgedichtet.

[0018] Der Ventilsitz 7 ist mit einem Dichtring 11 gegenüber dem Vordruckbereich 49 abgedichtet. Der durchmesserkleinere Teil des Ventilsitzes 7 steht über eine Gewindeverbindung mit der Bohrung des Vordruckbereiches 49 in Verbindung. Zwischen den Gaszwischendruck-Durchtrittsöffnungen 52 und dem Vordruckbereich 49 ist ein Sieb 53 vorgesehen.

[0019] Über einen mit dem Zwischendruckbereich 51 in Verbindung stehenden Verbindungskanal 54 ist die erste Druckstufe 43 mit dem Abblaseventil 46 verbunden, welches im wesentlichen aus einem innerhalb des Gehäusegrundkörpers 1 in einer Bohrung 55 angeordneten Ventilkegel 34 besteht, welcher eine Kugel 35 aufweist, die über eine Druckfeder 36 mit einer Verschlußschraube 37 in Verbindung steht. Über ein innerhalb des Gehäusegrundkörpers 1 vorgesehenen Gasausgangskanal 56 ist das Abblasesventil 46 mit einem Abgangsstutzen 57 verbunden.

[0020] Der Zwischendruckbereich 51 der ersten Druckstufe 43 ist überf einen aus den Figuren 1 und 2 nicht ersichtlichen Verbindungskanal mit der zweiten Druckstufe 44 verbunden. Der Zwischendruckbereich 51 der zweiten Druckstufe 44 ist in der Fig. 2 mit 51A gekennzeichnet.

[0021] Die zweite Druckstufe 44 besteht im wesentlichen aus einem in eine Bohrung 58 des Gehäusegrundkörpers 1 eingeschraubten Ventilsitz 23, der mit einem Ventilstift 59 verschließbare Gashinterdruck-Druchtrittsöffnungen 60 aufweist. Der Ventilstift 59 steht mit einem Faltenbalg 31 in Verbindung, welcher über eine Stellfeder 25, einem Druckstück 26 und einer Einstellschraube 27 mit einem als Handrad ausgebildeten Einstellelement 28 verbunden ist. Der Faltenbalg 31 umgibt den Ventilsitz 23, dessen durchmessergrößerer Kopf auf einem in den Hinterdruckbereich 62 hineinragenden Steg 61 aufliegt. Zwischen dem Kopf des Ventilsitzes 23 und der Stirnfläche des Steges 61 ist eine Dichtung 32 angeordnet. Der Faltenbalg 31 wird an der durchmessergrößeren Stirnfläche der Bohrung 63 des Hinterdruckbereiches 62 mit einem Haltering 30 an der Stirnseite der Bohrung 63 befestigt und mit einem in die Stirnseite eingelassenen O-Ring 33 abgedichtet. Der Haltering 30 wird über einen in die Bohrung 63 eingeschraubten Federdeckel 24 gegen die Stirnseite der Bohrung 63 und gegen den Faltenbalg 31 gedrückt. Der Federdeckel 24 dient gleichzeitig als Halterung der Einstellschraube 27.

[0022] Zwischen dem Zwischendruckbereich 51A und den Gashinterdruck-Durchtrittsöffnungen 60 ist ein Sieb 70 angeordnet. Der Hinterdruckbereich 62 ist über einen aus den Figuren 1 und 2 nicht ersichtlichen Verbindungskanal mit dem Sicherheitsventil 42 verbunden und steht über den Kanal 64 mit einem zweiten Manometer 12 in Verbindung. Das zweite Manometer 12 ist ebenso wie das erste Manometer 9 mit einer Dichtung 10 gegenüber der Atmosphäre abgedichtet. Vorteilhaft kann auch dieses Manometer 12 als Kontaktmanometer ausgebildet sein.

[0023] Das Sicherheitsventil 42 besteht im wesentlichen aus einer im Gehäusegrundkörper 1 in einer Bohrung angeordneten Membrane 19, die den Hinterdruckbereich 62 (Fig. 1) gegenüber einem Gasausgangskanal 65 abschließt, in welchen ein Abgangsstutzen 20 eingeschraubt ist. Die Membrane 19 wird mittels einer Passscheibe 13 und einer mit der Stirnseite auf die Passcheibe wirkenden Druckschraube 29 an ihren äußeren Bereichen in der Bohrung des Gehäusegrundkörpers gehalten. Auf die Membrane 19 wirkt eine Kugel 14, die Bestandteil eines Druckstückes 15 ist. Das Druckstück 15 wird mit einer Druckfeder 16 kraftbeaufschlagt. Das Gegenlager der Druckfeder 16 ist eine Einstellschraube 17, der eine Konterschraube 18 zugeordnet ist.

[0024] Der Hinterdruckbereich steht weiterhin über einen nicht näher dargestellten Verbindungskanal mit einem Abgangsstutzen 66 (Fig. 3) in Verbindung, der vorzugsweise mit einem Meßgerät in einer Emissionsmeßanlage verbunden ist.

[0025] Der vorstehend beschriebene Druckregler 41 arbeitet wie folgt:

[0026] Während des Betriebes wird in Abhängigkeit von dem durch die Stellfeder 4 eingestellten Zwischendruck der Durchtritt der Eich- bzw. Prüfgase über den Ventilstift 5 geregelt, der entsprechend den jeweiligen Druckdifferenzen mehr oder weniger die Gaszwischendruck-­Durchtrittsöffnungen 52 freigibt oder verschließt. Wird nun aus irgendwelchen Gründen der Ventilstift mit dem anschließenden Ventilkegel zu weit geöffnet, so daß der eingestellte Druck im Zwischendruckbereich 51 überschritten wird, wird der Ventilkegel 34 des Abblaseventils 46 von seinem Ventilsitz entgegen der Kraft der Druckfeder 36 abgehoben, so daß der Überdruck über den Gasausgangskanal 56 und dem Abgangsstutzen 57 abgeführt wird. Der so auf gleichem Druck geregelte Zwischendruck wird zur zweiten Druckstufe 44 geleitet. Entsprechend der sich zwischen dem Zwischendruck und der Stellfeder 25 einstellenden Druckdifferenz wird die Gashinterdrucköffnung 60 mehr oder weniger freigegeben. Vorteilhaft ist diese Druckdifferenz über eine Veränderung der Kraft der Stellfeder 25 veränderbar.

[0027] Über diese zweite Druckstufe wird der in der ersten Druckstufe reduzierte Vordruck auf einen Druck von beispielsweise 0,2 bar reduziert und über den Abgangsstutzen 66 einem Meßgerät zugeführt. Entsteht beispielsweise aufgrund von im Gasstrom befindlichen Partikeln und einem damit verbundenen undichten Ventilsitz ein gegenüber der eingestellten Druckdifferenz erhöhter Druck, so wird die mit dem Hinterdruckbereich verbundene Membrane 19 gegen die Druckfeder 16 angehoben und der Gasausgangskanal 65 geöffnet.

[0028] Die vorteilhaft als Kontaktmanometer ausgebildeten Manometer 9 oder 12 geben bei einem vorgegebenen Flaschendruck, insbesondere bei einem erreichten unteren Flaschendruck, ein Signal an eine Überwachungsstelle ab, so daß ein Gasflaschenwechsel erfolgen kann. Selbstverständlich ist es auch vorteilhaft möglich, anstatt der Manometer 9, 12 Druckmeßumformer in den Druckregler einzudrehen. Durch diese Maßnahme wird es vorteilhaft möglich, die Flaschendruckanzeige an einem räumlich entfernten Standort anzuzeigen.

[0029] Besonders vorteilhaft ist der vorstehend beschriebene Druckregler 41, in dessen Gehäusegrundkörper 1 zwei Druckstufen 43, 44, ein Sicherheitsventil 42 und ein Abblaseventil 46 integriert sind und dessen Gasausgangskanäle 56, 65, 68 alle an einer Seite 67 des Druckreglers 41 angeordnet sind, in beengten Räumen, beispielsweise in einer in einem Schrank angeordneten Emissionsmeßanlage einsetzbar.

Ansprüche

1. Druckregler für Gase mit einem Gehäusegrundkörper, in welchem eine erste Druckstufe über Eck zu einem Ventil angeordnet und über einen Verbindungskanal mit diesem verbunden ist und die erste Druckstufe mit einem Gaseingangskanal und das Ventil mit einem Gasausgangskanal in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ventil als zweite Druckstufe (44) ausgebildet und mit einem Einstellelement (28) verbunden ist,
die erste Druckstufe (43) mit einem innerhalb des Gehäusegrundkörpers (1) angeordneten Abblaseventil (46) und die zweite Druckstufe (44) mit einem innerhalb des Gehäusesgrundkörpers (1) angeordneten Sicherheitsventil (42) in Verbindung steht, und das Sicherheits- und Abblaseventil (42, 46) mit in dem Gehäusegrundkörper (1) vorgesehenen Gasausgangskanälen (56, 65) verbunden sind.

2. Druckregler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste und zweite Druckstufe (43, 44) sowie das Sicherheitsventil (42) in einer gemeinsamen horizontalen Ebene angeordnet sind und das Sicherheitsventil (42) der ersten Druckstufe (43) gegenüberliegend angeordnet ist.

3. Druckregler nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gaseingangskanal (45) auf der gleichen horizontalen Ebene der zweiten Druckstufe (44) und dieser gegenüberliegend angeordnet ist.

4. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß unterhalb des Gaseingangskanals (45) das Abblaseventil (46) auf einer zur horizontalen Ebene, parallelen Ebene angeordnet ist.

5. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Gasausgangskanal (68) der zweiten Druckstufe (44) und die Gasausgangskanäle (56, 65) des Abblase- und Sicherheitsventiles (42, 46) in eine gemeinsame Seite (67) des Gehäusegrundkörpers (1) münden.

6. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Seite (67) gegenüberliegend zwei Manometer (9,12) auf dem Gehäusegrundkörper (1) angeordnet sind und der erste Manometer (9) mit dem Vordruckbereich (49) der ersten Druckstufe (43) und der zweite Manometer (12) mit dem Hinterdruckbereich (62) der zweiten Druckstufe (44) verbunden ist.

7. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß einer der Manometer (9) oder (12) als Kontaktmanometer ausgebildet ist und bei einem vorgegebenen Druck ein Signal erzeugt.

8. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Druckstufe (43) aus einem in eine Bohrung des Gehäusegrundkörpers (1) eingeschraubten Ventilsitz (7) besteht, der mit einem Ventilstift (5) verschließbare Gaszwischendruck-­Durchtrittsöffnungen (52) aufweist, wobei der Ventilstift (7) mit einer federbelasteten Kolbenstufe (3, 4) in Verbindung steht.

9. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Druckstufe (44) aus einem in eine Bohrung des Gehäusegrundkörpers (1) eingeschraubten Ventilsitz (23) besteht, der mit einem Ventilstift (59) verschließbare Gashinterdruck-­Durchtrittsöffnungen (60 aufweist, wobei der Ventilstift (59) mit einem federbelasteten Faltenbalg (31, 25) in Verbindung steht.

10, Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß vor den Ventilstiften jeweils ein Sieb (53, 70) angeordnet ist.

11. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Sicherheitsventil (42) aus einer im Gehäusegrundkörper (1) in einer Bohrung angeordneten druckfederbelasteten Membrane (16, 19) besteht, die den Hinterdruckbereich (62) gegenüber dem Gasausgangskanal (65) abschließt und die Druckfeder (16) mit einem Einstellelement (28) in Verbindung steht.

12. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Abblaseventil (46) einen innerhalb des Gehäusegrundkörpers (1) in einer Bohrung angeordneten federbelasteten Ventilkegel (34, 36) aufweist, mit dem der Gasausgangskanal (56) verschließbar ist.

13. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Anordnung, in einer Analysemeßeinrichtung, insbesondere einer Emmissionsmeßanlage, mit einem Meßgerät, dem von einer Gasflasche Prüf- bzw. Eichgase geregelt zuführbar sind.

Zeichnung